Фото предоставлено: АламиСущества, которые поедают другие виды смертельно ядовитых животных и растений, выработали целый набор хитрых стратегий, чтобы выжить.
Десять змей оказались в сложной ситуации.
Их поймали в колумбийской Амазонке, после чего несколько дней продержали в неволе без еды. Затем змеям досталась крайне неаппетитная добыча: трехполосая квакша Ameerega trivittata.
Кожа этих лягушек содержит смертельные токсины, такие как гистрионикотоксины, пумилиотоксины и декагидрохинолины, которые разрушают жизненно важные клеточные белки.
Шесть королевских земляных змей (Erythrolamprus reginae) предпочли умереть от голода.
Остальные четверо смело поползли к добыче. Но прежде чем съесть пищу, они тащили лягушек по земле, подобно тому, как некоторые птицы счищают токсины со своей добычи, отмечают биолог Валерия Рамирес Кастанеда из Калифорнийского университета в Беркли и ее коллеги, проводившие эксперимент.
Три из четырех змей пережили трапезу, что является свидетельством способности их тел справляться с оставшимися токсинами.
Живые существа использовали смертоносные молекулы, чтобы убивать друг друга на протяжении сотен миллионов лет.
Сначала были микробы, которые использовали химические вещества для уничтожения конкурентов или нападения на клетки хозяев, которых они заразили. Затем животные – чтобы убить добычу или отпугнуть хищников, а растения – чтобы защититься от травоядных.
В ответ многие животные выработали механизмы выживания при воздействии этих токсинов. Иногда они даже копят их, чтобы использовать против противников.
Ученые начинают разгадывать эту гениальную антитоксическую защиту и надеются найти более эффективные методы лечения отравлений у людей.
В более широком смысле они узнают о силах, которые незаметно формируют биологические сообщества, говорит биолог-эволюционист Ребекка Тарвин из Калифорнийского университета в Беркли, которая помогала руководить исследованием змей и писала о таких стратегиях в Ежегодном обзоре экологии, эволюции и систематики за 2023 год.«Всего миллиграммы одного соединения могут изменить все взаимодействия в экосистеме», — говорит Тарвин.
Биологическая войнаВиды становятся токсичными по-разному. Некоторые производят свои собственные яды: например, жабы семейства Bufonidae синтезируют молекулы, называемые сердечными гликозидами, и блокируют белок, называемый натриево-калиевым насосом, который перекачивает ионы в клетки и из них.
Такая накачка критически важна для поддержания объема клеток, сокращения мышц и передачи нервных импульсов.
В организме других животных содержатся бактерии, вырабатывающие токсины, например, рыба фугу, мясо которой содержит тетродотоксин и может быть смертельным.
А многие другие получают токсины с пищей – пример ядовитые лягушки, поедающие ядовитых насекомых и клещей; среди этих лягушек были и те, которых кормили земляными змеями.
Когда некоторые животные в ходе эволюции стали токсичными, они также изменили конструкцию своего тела, чтобы избежать отравления. То же самое произошло и с существами, которые их едят или питаются ими.
Наиболее изученными адаптациями являются изменения в белках, которые обычно блокируются токсинами, но теперь стали к ним устойчивы. Например, насекомые, которые растут и питаются на богатых гликозидами растениях тополя, развили натриево-калиевые насосы, к которым гликозид не может прикрепиться.
Изображение предоставлено: Хирамперейра/iNaturalistНо изменение жизненно важной молекулы может создать проблемы для существа, говорит молекулярный биолог Сюзанна Доблер из Гамбургского университета в Германии.
В своих исследованиях крупных хлопковых жуков, питающихся семенами хлопка, она обнаружила, что чем более устойчивым к гликозидам становится насос, тем менее эффективно он работает. И это проблема нервных клеток, где насос особенно важен.
Но ошибка, похоже, развилась таким образом, чтобы ее обойти. В исследовании 2023 года Доблер и его коллеги изучили устойчивость к токсинам в трех версиях насоса, производимого этим существом.
Они узнали, что наиболее функциональная часть мозга также наиболее чувствительна к токсинам. Поэтому жуку пришлось разработать другие способы защиты мозга от гликозидов, говорит Доблер.
Она подозревает, что в этом замешаны белки, называемые транспортерами ABCB: эти белки находятся в клеточных мембранах и выносят отходы и нежелательные вещества из клеток.
Исследователь обнаружил, что некоторые дрожжи используют белки-транспортеры ABCB вокруг нервной ткани для удаления сердечных гликозидов из клеток. Возможно, ватный клоп делает нечто подобное.
Доблер также проверяет гипотезу о том, что у многих насекомых в кишечных мембранах есть транспортеры ABCB, которые предотвращают попадание токсинов в организм.
Это может объяснить, почему ярко-красный луковый жук, питающийся конвалиями, богатыми гликозидами, полностью игнорирует токсины и просто выводит их из организма. В то же время дефекация отпугивает хищных муравьев, сообщил Доблер в 2023 году.
У королевских земляных змей печень, по-видимому, играет ключевую роль. В результате экспериментов на клеточных культурах команда Тарвина получила доказательства того, что экстракт печени змей содержит что-то, что защищает их от токсинов трехполосых древесных лягушек.
Команда выдвигает гипотезу, что у змей есть ферменты, которые преобразуют смертоносные вещества в нетоксичные формы, точно так же, как человеческий организм перерабатывает алкоголь и никотин.
Змеиная печень также может содержать белки, которые связывают токсины и не позволяют им прикрепляться к целевым белкам, поглощая их, как губки. Ученые обнаружили в крови некоторых ядовитых лягушек такие «захватывающие токсины» белки, которые позволяют им противостоять смертельному сакситоксину и алкалоидным токсинам, которые они получают с пищей.
Фото предоставлено: Getty ImagesКалифорнийские суслики, похоже, используют аналогичный трюк, чтобы защитить себя от яда гремучей змеи — коктейля из десятков токсинов, которые разрушают стенки кровеносных сосудов, предотвращают свертывание крови и многое другое.
В крови сусликов есть белки, которые блокируют некоторые из этих токсинов – подобно тем, которые гремучие змеи используют, чтобы защитить себя, если яд случайно попадет в их специализированные железы.
Состав яда различается в разных популяциях змей, и биолог-эволюционист Мэтью Голдинг из Мичиганского университета располагает доказательствами того, что смесь противоядов сусликов адаптирована к местным змеям.
Но такая защита не является абсолютной. По словам Голдинга, гремучие змеи постоянно производят новый яд, чтобы преодолеть белковую адаптацию, и даже гремучая змея умрет, если ей введут достаточное количество собственного яда.
Вот почему животные, даже устойчивые, стараются в первую очередь избегать токсинов.
Отсюда поведение змей, которые тащат свою добычу по земле, и практика некоторых черепах поедать только кожу брюха и внутренности ядовитых тритонов, избегая смертельной кожи спины.
Даже гусеница монарха, устойчивая к гликозидам, перерезает жилки хвоста, чтобы выпустить токсичный сок, прежде чем начать поедать растение.
Присвоение токсиновМногие животные также находят способы безопасно хранить потребляемые ими токсичные вещества и использовать их в своих целях.
Например, жук радужной форели получает сердечные гликозиды из растений-хозяев, а затем – предположительно с помощью транспортеров ABCB – переносит их на свою спину для самозащиты.«Если вы каким-либо образом раздражаете этих жуков, вы можете увидеть маленькие капли на их надкрыльях», — говорит Доблер.
Благодаря такому «присвоению» яда некоторые насекомые попадают в зависимость от растений-хозяев. Взаимоотношения бабочки-монарха и растения хлопчатника являются ярким примером – и в то же время примером далеко идущего влияния таких переплетающихся связей.
В исследовании 2021 года эволюционный биолог и генетик Ной Уайтман из Калифорнийского университета в Беркли и его коллеги выявили четырех животных, у которых развилась толерантность к сердечным гликозидам, что позволило им питаться монархами.
Один из них — черноголовый кардинал-дубонис, птица, охотящаяся на монархов в мексиканских еловых лесах, куда прилетают зимовать бабочки.
Подумайте об этом, говорит Вайтман: токсин, синтезированный в хлопчатнике в прериях Онтарио, помог сформировать биологию птицы так, что она может безопасно добывать пищу в лесу за тысячи миль от нее.«Это просто потрясающе», — говорит он. «Путешествие, которое прошла эта маленькая молекула, и ее влияние на эволюцию».
